近期，中國科學技術大學宋克柱教授團隊在高速串行通信誤碼率理論建模的研究中取得重要進展，提出了一種新型的誤碼率建模方法。該成果近日以“Statistical Post-FEC BER Estimation of High-Speed Serial Links Subject to DFE Error Propagation”為題發(fā)表于電子工程領域知名期刊IEEE Transactions on Circuits and Systems I: Regular Papers。博士研究生陳卓為第一作者；宋克柱教授為通訊作者。

高速串行通信技術是有線網(wǎng)絡通信的基石，在數(shù)據(jù)中心、GPU集群計算等場景中具有重要應用。隨著通信數(shù)據(jù)率提升到數(shù)百Gbps的量級，判決反饋均衡器（decision-feedback equalizer, DFE）和前向糾錯（forward error correction, FEC）已成為高速串行通信系統(tǒng)的標配。然而，DFE和FEC除了提高信號質(zhì)量、降低誤碼率外，也使得系統(tǒng)的結構更加復雜、誤碼率更難以通過理論方法準確預測。在系統(tǒng)設計過程中，工程師通常需要借助理論模型推導FEC糾前-糾后誤碼率關系，以確保系統(tǒng)滿足主流通信協(xié)議對FEC糾后誤碼率的要求。然而，現(xiàn)有理論模型研究存在計算效率低、對復雜系統(tǒng)適用性不足等問題，限制了其對設計過程的指導作用。

為了解決這一問題，該團隊提出了一種新型誤碼率理論模型——Multi-Burst模型。傳統(tǒng)方法通常采用馬爾可夫模型對DFE引起的誤碼傳遞（error propagation）現(xiàn)象進行建模，并基于網(wǎng)格圖（trellis）的動態(tài)規(guī)劃算法推導單個FEC幀內(nèi)的錯誤分布，從而計算FEC糾后誤碼率。與此不同，Multi-Burst模型的創(chuàng)新性在于：將單個FEC幀內(nèi)的多段突發(fā)誤碼（burst error）視為近似相互獨立的事件，而非馬爾可夫模型中彼此關聯(lián)的狀態(tài)。具體而言，該模型首先通過突發(fā)誤碼表（burst table）描述單段突發(fā)誤碼的統(tǒng)計規(guī)律，再結合多段突發(fā)誤碼表的統(tǒng)計學關聯(lián)，綜合評估其對系統(tǒng)誤碼率的整體影響。

該團隊提出的新建模方法帶來了顯著的效率提升。在針對KP-FEC碼型的建模測試中，對于DFE的抽頭數(shù)為1、2、3、4的情況，Multi-Burst模型分別只用了3.270%、1.648%、1.022%、0.780%的計算時間，就和先前模型取得一致的計算結果。對于抽頭數(shù)越高，即復雜程度越高的系統(tǒng)，該建模方法的計算效率優(yōu)勢也越明顯。該建模方法為高速串行通信系統(tǒng)的誤碼率建模提供了新的思路，為高速串行通信系統(tǒng)的設計和驗證提供了有力的支持。

圖 1 Multi-Burst模型（M.）和先前模型（T.）針對KP-FEC碼型和1/2/3/4抽頭DFE的FEC糾前-糾后誤碼率計算結果對比

圖 2 Multi-Burst模型的實驗驗證

該項研究工作得到了國家重點研發(fā)計劃項目的支持。